У каких электростанций самый высокий КПД? Какие выгодней использовать?
Самый высокий КПД у гидроэлектростанций — гидротурбина имеет КПД 93-95%, генератор — примерно такой же. Суммарный КПД достигает 87%. Следом идут тепловые станции — их КПД достигает 75%, АЭС также входят в число тепловых станций. Затем идут ветроэлектростанции и гелиоэлектростанции — КПД около 20%.
А выгоднее использовать ТЭЦ, поскольку цена постройки ГЭС сопоставима с ценой постройки нескольких крупных ТЭЦ, при этом каждая ТЭЦ будет мощнее ГЭС. То есть ТЭЦ окупится куда раньше, чем ГЭС.
Возможно КПД тепловых станций самый высокий, но подобные цифры ни о чем не говорят, так как сам по себе КПД не является экономическим показателем, а электростанция — это предприятие жестко подчиняющееся экономическим законам, поэтому в энергетике используют КПД только для сравнения однотипных установок, т.е. какой из двух котлов, турбин или еще каких-либо других единиц оборудования экономичнее и т.д и т.п. Для оценки работы электростанций используют технико-экономически е показатели и в конечном счете останавливаются на стоимости электроэнергии производимой на электростанции, но и этот показатель не является всеобъемлющим критерием, так как методики расчета стоимости электроэнергии могут быть разными и включать разные параметры расчета. Чтобы полностью раскрыть вопрос, здесь необходимо изложить курс экономики энергетических предприятий.
Может ли кпд быть больше 100 процентов и почему
Любителям похвастать школьными знаниями стоит быть по внимательнее к словам и гибче мышлением, а то потом читая инструкцию к своей сплит системе можно получить разрыв шаблона — получение тепловой мощности 2,5квт при затраченных 700вт. Так работает тепловой насос.
Вопрос интересный и я могу ответить на него так — да, может, но только не сам КПД, а перенос энергии больший, чем затрачено на сам процесс. Казалось бы — это вечный двигатель какой-то получается или попираются все известные законы физики, но кондиционеры (точнее — тепловой насос в них)) работают именно так на затраченный Квт могут дать "прирост" в 2,5-5 раз, иными словами тепла (полезного) переносится в несколько раз больше затрат. Это называется коэффициентом теплового трансформирования, он высчитывается по формуле:
Значения в приведенной формуле означают следующее:
А вот классический КПД не может превышать значения в 100%.
КПД 100 процентов — это предел. КПД 100% означает, что ВСЯ энергия, затраченная на получение мощности двигателя, используется им в работе. В природе такого, в принципе, никогда не бывает, и поэтому КПД ВСЕХ ДВИГАТЕЛЕЙ всегда меньше 100 процентов.
Потери энергии происходят или на преодоление силы трения рабочих частей, деталей, механизмов или по причине утери тепла (оно выходит в атмосферу). Такого двигателя, где все тепло расходуется на работу нет и придумать их в условиях земного шара очень тяжело. Тут нужна невесомость, вакуум, отсутствие трения (что невозможно сделать даже в условиях вакуума).
В общем, 100 процентов это недостижимый предел. Проценты обозначают, какая часть энергии расходуется ПОЛЕЗНО.
Самый большой КПД имеют электродвигатели — 80-95%. Самый низкий — паровозная топка (где-то до 20%).
1.Скажем сплит-система (в народе — кондиционер) при некоторых температурах наружного воздуха, скажем +5 при потреблении 1 кВт электроэнергии получаем 2,5 кВт тепловой энергии.
2.Конденсационные котлы кпд до 125 % за счет конденсации влаги из воздуха добираем процентов 30.
- вент. установки с рекуперацией,
- тепловой насос использование геотермальной тепловой энергии, и т.д.
КПД больше 1 (больше 100%), это как из стакана вылить больше 250 мл воды. Если в расчетах или на практике такое происходит, значит нечисто поставлен опыт, не учтен какой-то еще подвод энергии.
Может ли КПД механизма быть равным или больше 100% ? Ответ поясните.
Как быстро выучить стихотворение наизусть? Запоминание стихов является стандартным заданием во многих школах.
Как научится читать по диагонали? Скорость чтения зависит от скорости восприятия каждого отдельного слова в тексте.
Как быстро и эффективно исправить почерк? Люди часто предполагают, что каллиграфия и почерк являются синонимами, но это не так.
Как научится говорить грамотно и правильно? Общение на хорошем, уверенном и естественном русском языке является достижимой целью.
Вопрос инженерью на засыпку)) — может ли КПД изделия быть больше 100%?)))
AlexanderTheGreat
05.07.2005, 01:19
Универсальные, экологически чистые установки с очень низким потреблением электричества и высоким выходом тепловой энергии (коэффициент преобразования электрической энергии в тепловую свыше 100%), работающие без нагревательных устройств, предназначенные для отопительных систем промышленных предприятий, ЖКХ и частных домов.
Давно идут споры насчет того, может ли вихревой теплогенератор (ВТГ) произвести тепловой энергии больше, чем потребить электрической? Или может ли КПД теплогенератора быть выше единицы? У нас насчет этого нет никаких сомнений. Специалисты нашего научно-исследовательского центра «АКОЙЛ» давно получили результаты подтверждающие, что коэффициент преобразования электрической энергии в механическую, а затем в тепловую — более 1. Поэтому мы не спорим, а производим ВТГ, модернизируем его и доводим до совершенства. Мы достигли в этом больших успехов и можем предложить Вам вихревые теплопарогенераторы нового 8-го поколения (на рисунке ВТПГ мощность 110кВт).
black
06.07.2005, 01:14
Вряд ли. Мне кажется, что это всё фигня. Мало ли где подвох? Всё-таки закон сохранения энергии так просто не отметёшь в сторону. А ради того, чтобы продать чего-то как можно больше, можно и приукрасить действительность.
AlexanderTheGreat
06.07.2005, 12:20
Это на фигня, Санек. Здесь наблюдается какая-то анамалия. Я сам видел на эксперементе, у моего отца на производстве. Он мне показывал. в печь поступала вода и из пискаструйки некие заряженные частицы. не помню для чего они, но с водой не взаимодействовали. И воду разгоняли вращающимися цилиндрами, за счет чего создавались вихри. Вода должна была нагреться по расчетам за 10 мин, а вскипела буквально за минуту. Я аж испугался как она там забурлила. Здесь какой-то другой закон, несоответствующий представлениям Ньютона. Скорей всего Ньютоновы законы лишь часть, приложение к истинным законам мира!
+мой отец купил установку, показанную выше. Так вот с 100 кВт энергии на выходе она дает 115 кВт. Чем тебе не вечный двигатель!? КПД 115%! Я сам видел. факт!
Bober
06.07.2005, 14:54
и сколько такая феня стоит? наерно не мало.
Andranik
08.07.2005, 18:19
Не поверю пока эксперемент не увижу, если это было бы правдой, то весь мир бы знал.
AlexanderTheGreat
08.07.2005, 21:31
Это и так знает весь мир, только пока это стоит очень дорого, чтобы применять повсеместно да и большинство не придает этому большого значения
black
13.08.2005, 18:53
Давай предположим, что у нас есть две таких установки с КПД 115%. Тогда соединяем их вместе, и получаем — первая установка питает вторую, а вторая — первую, плюс на выходе ещё + 5 вольт. Итак, что мы получаем? Правильно, ВЕЧНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ! Увеличиваем габариты таких установок, и получаем электростанции, не потрябляющие никаких ресурсов и делающих инергию ихз ничего! Немножко неправдопадобно, не так ли?
.
Хотя, если подумать, теоретически возможно создать установку, работающую на, скажем, взаимодействии каких-нибудь полей с чем-нибудь там. Вроде как бы энергия из ничего. Но с нашими технологиями на данный момент. Сам подумай.
.
А эта твоя установка скорее всего обычное кидалово. Что стоит запихнуть в неё долгоработающий аккамулятор? Он и будет создавать недостающие вольты. Некоторые аккамуляторы способны работать до 3 лет! Или вбухать туда какое-нибудь топливо. Вариантов много!
AlexanderTheGreat
15.08.2005, 11:19
Какое кидалово. я сам свидетель, сам видел все своими глазами. Говорю же у отца на производстве такое уже юзают!
black
15.08.2005, 18:22
Нет, ты не совсем понял смысл моих вопросов. Может быть на производстве имеется новая установка, которая чрезвычайно эффективно функционирует, но это не значит, что у неё КПД>100%! Если в неё подать 5 Вольт, 6 не получится! Установки, у которых КПД больше или равно 100% в народе именуются вечными двигателями. А просто эффективное использование топлива или воздействие излучением или что-то подобное — это не то. Это как первые атомные электространции — куча энергии из малого кол-ва топлива — но всё же из топлива.
AlexanderTheGreat
15.08.2005, 19:24
Ты сам говоришь, что если соединить их по цепочке и сделать так, чтобы они питали друг друга, то получиться уже как раз вечный двигатель. И нельзя рассматривать так плоско. только при условии, что КПД больше 100%. Если имеется такая анамалия — это уже значит, что можно сделать бесконечно большое КПД. Если его питать 5 вольтами, то 100%-ами будет то, что вся энергия перейдет в механическую, а тут переходит более 5 вольт, значит уже больше 100%. Такие анамалии иногда находили при нагревании воды. Она вскипала за минуту, хотя по плану должна греться 5 минут. Не вижу оснований не верить в такого рода анамалии. Ведь «плоскатики» тоже думают, что измерений всего 2(длина, ширина).
black
15.08.2005, 20:36
Ты сам говорил про какие-то там частицы. Мало ли что это может быть? Если имеется какое-то внешнее влияние, то это уже не то. Это обычная электростанция, пусть и эффективная: топливо, ну или там необработанная энергия(типа солнечных лучей или тепла) переходит в обработанную. А вечный двигатель — это энергия, переходящая в большую энергию. Да и что спорить! Если бы эти установки реально функционировали, мы бы давно вышли из энергокризиса! Шутка ли — даровая энергия из ниоткуда!
AlexanderTheGreat
16.08.2005, 01:44
1) В России нет энергокризиса.
2) Если такой двигатель удастся пропихнуть, а мешает этому монополия алигархов, мфия, то огромное количество народа лишится работы. Поэтому такой проэкт всячески зажимают и подвергают сомнению, хотя в верхах об этом отлично все знают.
black
18.08.2005, 21:53
1). Ошибаешься, об энергокризисе я говорю в более глобальных масштабах — сейчас во всём мире энергокризис из-за истощения запасов природных энергоресурсов, типа нефти, газа или угля.
2). Замораживать и подвергать сомнению то, что имеется в свободной продаже и(по твоей версии) работает? И не так уж дорого стоит? Ха и ещё раз ха! Я могу представить, что нефтянники и правительство тормозят исследования в области водородного двигателя, но БЕСПЛАТНАЯ ЭНЕРГИЯ ИЗ НИОТКУДА? Ты смеёшься? . Я посмотрел сайт этой компании. Люди зарабатывают деньги. Сейчас столько всяких классификаций и параметров, что можно вполне выдать, там, например, параметр сверхеденица(у любого теплового насоса он больше 100-200%) за КПД. Это скорее всего направлено на тех, кто не станет разбираться. А кто разбирается, тот просто игнорирует всю эту фигню. В интернете сейчас полно таких сайтов. А на рынке — таких компаний. То ли аферисты, то ли не грамотные — сложно сказать.
AlexanderTheGreat
20.08.2005, 14:52
1). Ошибаешься, об энергокризисе я говорю в более глобальных масштабах — сейчас во всём мире энергокризис из-за истощения запасов природных энергоресурсов, типа нефти, газа или угля.
Запасов еще очень много.2). Замораживать и подвергать сомнению то, что имеется в свободной продаже и(по твоей версии) работает? И не так уж дорого стоит? Ха и ещё раз ха! Я могу представить, что нефтянники и правительство тормозят исследования в области водородного двигателя, но БЕСПЛАТНАЯ ЭНЕРГИЯ ИЗ НИОТКУДА? Ты смеёшься? . Я посмотрел сайт этой компании. Люди зарабатывают деньги. Сейчас столько всяких классификаций и параметров, что можно вполне выдать, там, например, параметр сверхеденица(у любого теплового насоса он больше 100-200%) за КПД. Это скорее всего направлено на тех, кто не станет разбираться. А кто разбирается, тот просто игнорирует всю эту фигню. В интернете сейчас полно таких сайтов. А на рынке — таких компаний. То ли аферисты, то ли не грамотные — сложно сказать.
Саннк, ты просто гнешь свою тему и не хочешь задуматься. Бермудский треугольник по-твоему тоже ерунда да? Это такая же неизвестная энергетика, из-за смльных полей которой обыкнвенные трехмерные приборы не работают. Мир гораздо сложней, чем ты думаешь.
black
22.08.2005, 17:33
Тогда объясни мне, почему все сейчас не прыгают от счастья, крича «Мы нашли вечный двигатель!»!? Мир действительно гораздо сложнее, чем мы можем себе представить, но ты утверждаешь, что эта установка берёт энергию ИЗ СЕБЯ? Не смеши меня. Если бы это был, там, синхрофазатрон, или токамак, тогда другое дело. Тогда я мог бы поверить в прорыв. А тут какая-то неизвестная компания из Сибири заявляет что давно уже создаёт ТЕПЛОВЫЕ НАСОСЫ с КПД>100%, то есть вечные двигатели для дома! Опять же, не смеши меня. А про аномалии я тебе могу много всего рассказать. Если бы заявили, что в бермудском треугольнике нашли летающую тарелку, я бы, конечно, усомнился, но не очень удивился бы, если бы это оказалось правдой.
Да и потом, сам подумай: что-то эта компания не договаривает — ежу понятно, что КПД>100% — это вечный двигатель, но они, тем не мение, ничего такого не говорят. Мне кажется, что они всё-таки ламеров ловят, называя сверхеденицу КПД.
А против токамаков я ничего не имею(хотя это тоже не Вечный Двигатель по своей природе). В народе токамак — термоядерный реактор. Создаёт энергию почти из ничего. Потом, есть ещё много неизведанного.
AlexanderTheGreat
23.08.2005, 19:56
Если бы это был, там, синхрофазатрон, или токамак, тогда другое дело. Тогда я мог бы поверить в прорыв.
Это известные вещи, поэтому ты веришь, почему же нельзя поверить во что-то новое?
Тогда объясни мне, почему все сейчас не прыгают от счастья, крича «Мы нашли вечный двигатель!»!?
Простым обывателям это не интересно, сайты с такими заявлениями пытаются сразу прикрывать. сейчас вобще развита монополия и, например, Сибнефть какая-нибудь лишиться всего, если такую установку станут использовать повсеместно, а гос. научные исследования навярняка проводятся, только они тебе не станут это все так офишировать. Свобода слова вобще суествует только условная.
А тут какая-то неизвестная компания из Сибири заявляет что давно уже создаёт ТЕПЛОВЫЕ НАСОСЫ с КПД>100%, то есть вечные двигатели для дома!
Ну во-первых пока не для дома, а для производства. 2-таких компаний много и не только из Сибири. Такие анамалии уже давно стали замечать. А про аномалии я тебе могу много всего рассказать. Если бы заявили, что в бермудском треугольнике
КПД больше 100% без вечных двигателей. Учите физику
Мой первый пост. Этот текст меня побудили написать некоторые «светочи» от науки, которые не знают школьную физику и мчатся нести светлое доброе вечное в народ. Итак по порядку. Начну с самого частого заблуждения. Бывает ли КПД выше 100%? Да, бывает. Является ли это вечным двигателем — нет
1. Рассмотрим обычный бытовой нагреватель:
Допустим, он потребляет из сети 1 кВт — тогда комната где он стоит получит ровно эти самые 1 кВт тепла. С точки зрения КПД — это 100% (тех, кто считает, что это неправильное определение КПД отправляю читать школьные учебники и википедию — там именно такое)
2. Допустим теплостанция выработала 1кВт за счёт сжигания топлива и передала его воде, которая по трубам течёт в батарее — КПД уже ниже 100%, так как часть из этого тепла вода растеряет по дороге к батарее
3. Допустим теплостанция выработала 1кВт и отдала окружающей среде чтобы выработать механическую/электрическую энергию — КПД — это сколько механической/электрической энергии мы получили при преобразовании — оно ограничено формулой 1 — T_х/T_н (где T_х — температура холодной части тепловой машины — в нашем случае окружающей среды, а T_н — температура горячей части тепловой машины — места, где сжигается топливо). Это ограничение вытекает в физике из невозможности вечного двигателя второго рода — постулата Клаузиуса. В случае бытовой разницы температуры в комнате и за окном (менее 30 градусов) КПД тепловой машины не более 10%
4. Допустим мы используем компрессор (стоящий в комнате), чтобы качать энергию из окружающей среды в комнату. И он затратил на эту работу 1 кВт из электросети. Сколько он отдаст комнате? Он отдаст этот 1 кВт за счёт нагрева самого компрессора (потрогайте компрессор за холодильником — он будет весьма горячим — ровно туда уходит вся потреблённая холодильником электроэнергия из сети). Плюс к этому он закачает сколько-то тепла из окружающей среды — это количество также ограничено формулой, но в любом случае не нулевое. То есть КПД будет больше 100%. В Европе с её мягким климатом удавалось достичь КПД равного 2.5-5 (читайте википедию: https://en.wikipedia.org/wiki/Heat_pump#Efficiency)
Люди далёкие от рационального понимания физики могут подумать, что пункт 4 приводит к вечному двигателю, что не так. Дело в том, что тепловая энергия и механическая различны — вечный двигатель первого рода — это порождающий [b]механическую[/b] работу без траты топлива
Но если выбросить всё тепло из комнаты на улицу — не получится ли на этом нагенерить больше механической/электрической энергии, чем затрачено? Нет, так как в пункте 3 КПД такой машины будет настолько меньше единицы, что произведение КПД большего единицы из пункта 4 на КПД меньшее единицы из пункта 3 даст величину меньшую единицы. Так то
Боюсь, буду опять заминусован теми, кто не учил физику. Это так грустно
Ответ на пост «НАЙДЕН ГРААЛЬ ФИЗИКИ — ГОРЯЧАЯ СВЕРХПРОВОДИМОСТЬ?»
Вот видео с высокотемпературным сверхпроводником YBCO (оксид иттрия-бария-меди).
Сам сверхпроводник — черный керамический диск на дне пенопластовой коробки. В пенопласт заливается жидкий азот (температура 78 К) для охлаждения керамики. В этом видео я вылил азот, и, пока керамика не нагреется выше 93К, она остается сверхпроводящей.
Обычно со сверхпроводниками демонстрируют эффект Мейснера — вытеснение магнитного поля из сверхпроводника. В этом случае сверхпроводник парит над магнитом. В видео ниже я положил YBCO внутрь алюминиевого «корпуса» в виде летающей тарелки:
Возможно, вы обратили внимание, что «дорога» сделана из трёх рядов магнитов — центральный ряд лежит другим полюсом кверху. Это сделано, чтобы в магнитном поле была «яма», в которой и дрежится летающая тарелка. Именно поэтому она не соскальзывает в сторону и «следует» за «дорогой».
Теперь вернемся к первому видео: сверхпроводник парит над магнитом, но если я его переворачиваю, то он висит под ним и не падает. Весь секрет в захвате магнитного потока. Если материал переходит в сверхпроводящее состояние во внешнем магнитном поле, то он не вытесняет весь магнитный поток из своего объема, а «замораживает» его. Т.е. становится постоянным магнитом.
Если охладить сверхпроводник без внешнего магнитного поля, то он будет парить над магнитом ( и стараться с него соскочить, если форма поля позволит) — прямо как в видео №2: я положил щипцами летающую тарелку в термос с жидким азотом, а потом достал ее и поставил на магниты.
Если охладить сверхпроводник во внешнем магнитном поле, то он захватит весь или часть магнитного потока и станет постоянным магнитом. В первом видео я положил коробку с керамикой на магниты и налил в нее жтдкий азот, чтобы охладить сверхпроводник во внемшнем магнитном поле.
P.S. Я специально не разводил тут про сверхпроводники первого и второго рода и тому подобные тонкости. Специалисты могут блеснуть своими знаниями в комментариях. Часть моих постов можно найти тут.
Ответ на пост «Почему история Оппенгеймера достойна экранизации»
Понятное дело, что сша героизируют его сейчас. Его вклад в науку неоценим не только в американском, но и в мировом масштабе. Но и у нас есть свой герой — Курчатов. Который в то время, а это представьте война и сразу послевоенное время смог создать аналогичное оружие и охладить пыл у американских вояк. Так же не стоит забывать, что в сша трудились ученые-атомщики сбежавшие из охваченной войной Европы. А у СССР не было такой возможности и все ученые были выращены внутри страны. А для этого нужны как и талантливые люди так и учебные заведения. И они трудились чуть ли не в голом поле, утрировано. Под его же руководством атом применили в мирной цели и создали первый АЭС. Есть даже информация ( не знаю насколько правдива), что сша на серьезных щах рассуждали, что советы настолько отсталы в вопросах атомных, что в ближайшие 10+ лет ядерного оружия у ссср не будет. Перенесемся в 90е. США ликуют, их конкурент побежден, но накопленные у союза ракеты никуда не делись и их надо минимум нейтрализовать, а лучше на этом еще и заработать. Поэтому была придумана программа ВОУ-НОУ (высокообогощенный уран в низкообогощенный уран) на 20 лет. По-которому Россия обязуется «разбодяжить»свой высокообогащенный уран из ракет в котором 95% урана 235 изотопа в низкообогащенный, это примерно 4-5% изотопа урана 235. Напомню в обычной руде примерно 0,7% изотопа 235. Злые языки писали по этой программе, что Россия за копейки отдавала богатство которое наши деды в урановых шахтах добывали. В защиту сторонников этой программы могу сказать так: сами знаете как было с деньгами, и вообще со страной, а огромный ядерный запас надо содержать, а АЭС. Обслуживать и так же снабжать топливом. Есть еще немаловажный момент о котором забывают. Атом урана распадается, а значит в ракете 95% изотопа 235 со временем уменьшается, т.е. со временем ракета при необходимости не взорвется. А значит нужно либо снова обогащать, на что у государства не было денег, либо распилить и продать. А полученные деньги вкладывать в развитие атомной промышленности и зарплаты специалистов. В США благодаря программе ВОУ-НОУ получили стабильные поставки дешевого обогащенного до 5% изотопа 235 для своих АЭС. Но это сыграло злую шутку для штатов. Так как АЭС там частные, то владельцы, логично, покупали дешевый российский уран вместо дорого американского. Из-за чего в скором времени местные заводы по добыче и переработке урана в США не осталось. И последняя попытка сделать центрифугу по обогащению урана закончилась аварией и финансирование вроде в 2011 году прекратили. Итого сша которая первая осуществила промышленное обогащение урана 235 сейчас не обладают конкурентной технологией обогащения урана. И закупают обогащенный до 5% уран на мировом рынке. Который около 45% всего мирового объема контролируют РОСАТОМ. Помимо обогащения наши атомные заводы, и вообще атомная промышленность впереди планеты всей и строят различие АЭС как дома, так и за рубежом. И только в России есть АЭС с реакторами на «быстрых нейтронах», в которых используют mox топливо при котором можно делить изотоп 238 урана, да-да так тоже можно. Также строятся реактор БРЕСТ на свинцовом теплоносителе. Также в России строятся заводы заводы полного ядерного цикла, в котором отработанное ядерное топливо с одних АЭС после переработки сжигают в других реактора. Что экономически выгодно. Например 238 уран за 80 лет накоплено огромное количество и его можно использовать в новых реакторах. А значит урана нам хватит надолго. А по прогнозам 235 изотопа в хватит на 50 лет при текущем спросе, а Китай сейчас активно строит АЭС, а значит урана потребуется еще больше.
И я горжусь за наших основателей атомной промышленности и за текущие достижения атома в нашей стране. И атомная промышленности не менее технологичная отрасль, чем производство айфонов.
Спасибо, что дочитали. В статье могут быть ошибки, даже могут быть грубые неточности.
Если не электромобили, то паромобили? Часть 3
Продолжение первой и второй части сопоставления автомобилей с ДВС, электро и паро-приводом. Теперь пришло время обсудить практические вопросы сравнения с минимумом теории по принципу противопоставления.
Диалектический подход к исследованию вопроса выгоды парового привода именно в наше время сейчас может быть не менее важен для развития транспорта и энергетики, чем однобокая надежда на устаревшие ДВС, или пока еще только начинающие себя проявлять электрические технологии.
Противоречия типов привода так же схожи.
1. КПД. Однозначная величина лишь в теории
У ДВС параметр коэффициента полезного действия зачастую либо бывает не озвучен вообще, либо намеренно завышен как данные о расходе топлива. Поэтому в чистой теории можно спорить о любой цифре озвученной в отношении ДВС, тем не менее нельзя не очертить условно верные диапазоны границ этого параметра (так же как и с расходом топлива).
Итак, что же мы знаем в теории? Если кратко, то «средние значения» упоминаемые во многих источниках звучат так.
Для бензиновых моторов это от 25% до 34%. Дизельные моторы успешнее — 34% и 39%.
Но кто же лидер в этом «зачете»?
Гибридные двигатели с циклом Аткинсона при последовательно-параллельной схеме подключения! Примерно 38 — 40% соответственно. Однако если мы присмотримся к «рекордному» КПД повнимательнее то станет очевидным, что это все «заслуги» электромотора, а не ДВС. Особенно если речь идет об подзаряжаемых от розетки гибридах. Сокращенно PHEV (Plug-in Hybrid Electric Vehicle).
У электрокаров ситуация намного лучше, если конечно не обращать внимание на источник энергии зарядки и связанные с ним потери КПД. При расчете этих потерь мы придем к еще большему разбросу цифр и среднее значение потеряет всякий смысл, тем не менее условно можно сказать что при благоприятных условиях это те же 34% (а не 25% и ниже, как иногда указывают некоторые авторы, ведь тогда можно так же условно признать за ДВС и паровым мотором такие же устаревшие значения).
Паровые двигатели… ну все же знают что они неэффективные? Но это лишь общая обывательская оценка, а реально при расчетах КПД еще практически 100 лет назад приходили к цифре в 30% (Для парового двигателя с конденсатором и профилированной проточной частью при высокой температуре и давлении).
Это была лишь теория, но вот практика сравнения хоть и не даст нам прямых цифр, но реально покажет кто есть кто через простой контрольный параметр расхода топлива!
Для сравнения возьмем со стороны ДВС — BMW 3-Series, седан, 7 поколение, G20.
Коэффициент аэродинамического сопротивления — 0,23; Вес 1470 — 1587 кг.;
Расход топлива варьируется от типа привода, мощности и используемого топлива. Возьмем для примера самые большие официальные цифры расхода топлива.
Для чистоты исследования так же не будем учитывать возможное практическое несоответствие расхода топлива, которое в смешанном цикле может отличатся на 10-15% больше заявленного производителем.
3.0 л. M340i, 382 л.с. (бензин) — 10.7 (л/100 км. Расход в городе)
Пример максимального расхода взят исключительно как признак согласия покупателей платить за этот расход топлива и покупать такие машины.
Следующий пример со стороны электрокаров выберем исходя из схожих параметров. Это будет Tesla Model 3.
Коэффициент аэродинамического сопротивления — 0,23; Вес 1611 — 1847 кг.;
Cyммapнaя мoщнocть двигaтeлeй Tecлa Moдeль 3 в самой энергозатратной версии cocтaвляeт 353 kВт, что в пepeвoдe в обычные единицы измерения составляет 480 «лoшaдиных cил».
Расход топлива… определить проблематично, так что стоит взять его с помощью уже проведенных аналогичных тестов с помощью топливного генератора. Этот же расход можно будет записать как максимальный.
Для примера возьмем тест AcademeG из видео «Едем на Tesla на хутор к бобрам. Как зарядиться без зарядки.»
Путем нехитрых вычислений получим расход на 100 км около тех же 10 литров бензина.
Наконец подходим к паромобилям… какой пример тут взять? Аналогов тут немного, и их стоит рассматривать сквозь призму «а что если бы они были сделаны сейчас?». Только при таком подходе можно будет получить реалистичные данные о расходе топлива.
Первый пример — личный паровой автомобиль Абнера Добла на котором он испытывал свои технические идеи. Как он сам говорил в интервью «На галлоне керосина при благоприятных условиях расход топлива моей машины составляет 15 миль на галлон, а в среднем около 11,5 миль на галлон»(по нашему это от 15 до 21 литра топлива). Разумеется как признавал автор его машина была «в некотором роде грубая» т. е. На деле это был «мул» для испытаний на основе машины 20х годов (Cx около 0.8, вес примерно 2 тонны, прочие недостатки так же типичны для аналогов бензиновых машин тех лет). Фактически это был Doble Model C который Абнер в шутку называл «Старая Антилопа».
Поэтому все последующие машины компаний Doble Detroit, Doble Steam Car и Doble Automobile (это все компании Абнера Добла) могли иметь немного лучшие результаты по расходу топлива, при том что это было не главной целью разработчика. Причем подсчитать расход не получится даже примерно так как мощность, габариты и вес сильно отличались при различных типах кузова, но все же есть зацепка!
В 1935 году на Московском автозаводе им. Сталина (ныне ЗИЛ) для испытаний был доставлен автомобиль на шасси «Паккард» сделанный американской фирмой «Беслер» по лицензии компании «Добль» в 1924 году. Этот автомобиль при массе 2200 кг в среднем расходовал 18 л бензина на 100 км.
А в 1969 году в США была произведена конверсия классического Chevrolet Chevelle в паромобиль Биллом Беслером по заказу General Motors. Паромобиль был создан как альтернатива обычным машинам с ДВС в целях экономии топлива и предполагалось в будущем выпустить несколько паровых седанов для калифорнийского дорожного патруля.
К слову с той же целью экономии и экологии дочерняя компания группы Volkswagen под названием Enginion AG с 1996 года проводила разработки парового двигателя EZEE03 для Škoda Fabia, но пришла к выводу что «что рынок не готов к паровым автомобилям» даже несмотря на отличные результаты тестов (двигатель рабочим объемом 1000 куб. См и мощностью до 220 л.с. при крутящем моменте 500 Нм)
Паромобиль был сделан фактически из компонентов ДВС, и весил на 200кг больше оригинальной версии(ДВС-версия 1476,9 кг.), тем не менее расходовал эквивалент жидкого горючего в объеме 15.5 литров (будь то керосин, дизель, бензин, спирт)!
Мощность мотора составляла всего 50 л.с. при значительном крутящем моменте (который без сомнения был, так как аналогичный более мощный мотор Doble E-20 1925 года у Джея Лено в наше время при тестах выдавал 150 лошадиных сил при крутящем моменте 1355.78 Ньютон-метров), а конструкция этого двигателя основывалась как раз на патентах Doble 1920 года.
Во всем остальном это был практически обычный Chevrolet Chevelle, за исключением боковых вентиляционных решеток.
При таком расходе может возникнуть впечатление недосягаемости современных примеров автомобилей? Но это только если не посчитать потери энергии автомобилей 60х годов, которые при современном исполнении были бы в разы меньше!
Начать стоит с массы… не подрессореной массы паромобиля Chevrolet Chevelle. Известно, что уменьшение массы колес на один килограмм увеличивает мощность автомобиля примерно на 1%, а вот разница современных литых дисков с используемыми в 60-х стальными отличается на порядок.
Вес большинства автодисков различного типа в среднем варьируется в наше время так:
Штампованные стальные: от 4.5 (кг) до 12.40 (кг).
Литые из алюминиевого сплава: от 3.63 (кг) до 22.22 (кг).
Литые из магниевого сплава: от 2.3 (кг) до 9.2 (кг).
Кованые из алюминиевого сплава: от 3.58 (кг) до 11.51 (кг).
Далее если перейти к шинам, их размерности и сопротивлению качению машин 60-х последуют похожие цифры отличий. Для расчета можно исходить из простой зависимости где чем больше диаметр колеса, тем меньшим будет сопротивление качению. Известно, что плюс один сантиметр к диаметру колеса – это минус 1% от общего числа сопротивления качению. Состав шины современной и ее конструкция так же разительно отличается. В 60-х на Chevrolet Chevelle использовались диагональные шины у которых параметр сопротивления качению даже не рассматривался как параметр для исследований. А между тем сейчас доказано, что 5-15% топлива автомобиль расходует лишь на преодоление сопротивления качению!
Из прочих особенностей подсчета стоит учитывать еще углы развал-схождения колес, наличие карданной передачи от парового мотора и сопротивление подшипников колес Chevrolet Chevelle в сравнении с современными показателями.
Но все это если и даст экономию, то точно не сравняет ее с показателями 10 литров бензинового и электрического конкурента. Больше всего стоит обратить внимание на различия в показателях аэродинамики!
Стандартный коэффициент аэродинамического сопротивления машин 60-х годов около 0,50% что больше BMW и Tesla у которых 0, 23%! Значит применяя более обтекаемый современный кузов паромобиля можно рассчитывать на снижение расхода топлива уже до нескольких литров! Тем более что известно, что в теории в общем сопротивлении движению автомобиля аэродинамические силы могут составлять существенную часть расхода энергии.
Доказано, что сокращение коэффициента аэродинамического сопротивления всего на 2% приводит к экономии топлива на 1%.
Так при езде по городскому циклу (средняя скорость 40—50 км/ч) доля аэродинамического сопротивления движению достигает 8%, при движении в пригородной зоне (средняя скорость 80—90 км/ч) — 29%, то на автострадах — 53%. Отметим, что чем выше скорость, тем быстрее растут потери «на ветер»: уже при 60 км/ч они отнимают больше энергии, чем любая другая составляющая!
Поэтому сочетая все современные методы экономии энергии движения при фактически том же моторе 20- годов прошлого столетия вполне можно рассчитывать в 2022 году на 11 — 12 литров на 100км расхода топлива! (Есть данные о переделанном на паровой привод Ford Falcon примерно того же года выпуска, что и Chevrolet Chevelle с расходом 22.5 мили на галлон или 10 литров на 100 км, но это слишком оптимистичная цифра без указания условий эксплуатации).
Разумеется при модернизации уже самого мотора эти цифры могут упасть еще на несколько литров и… мы получим расход BMW и Tesla. Неплохо да?
И эти расчеты в целом подтверждают факт практически одинакового КПД трех типов моторов при практическом отображении через расход топлива.
Впрочем, на этом преимущества паровой установки на автомобиле не заканчиваются.
2. Эффективность зимой
У ДВС традиционно расходы энергии в зимний период растут на 20 — 40%… что противоречит теории Карно о тепловых машинах, но достаточно легко объяснимо.
Затраты энергии расходуются на прогрев мотора и салона автомобиля. Причем сам прогрев вопреки мнению о том что «в движении мотор сам прогреется лучше» не прекращается до достижения требуемой температуры мотора из-за коррекции впрыска у инжекторных моторов (у карбюраторных все проще — коррекцией выступает та грань работоспособности двигателя когда он еще способен ехать, но уже глохнет периодически и приходится вручную регулировать обогащение смеси с помощью дополнительного перекрытия впуска).
Так же неизбежны затраты мотора до достижения номинальных температур из-за повышенной вязкости моторного масла, масла в КПП — редукторах и охлаждающей жидкости. Свою долю в постоянство потерь вносит и сам процесс перемещения автомобиля при более низких оборотах двигателя в потоке при котором средний КПД мотора так же падает.
Решение части проблем повышенного расхода топлива сейчас лежит в основном в области применения различных предпусковых подогревов (электрических и топливных), и иногда в использовании аккумуляторов тепла.
Более технологичным решением считается улучшение термоизоляционных характеристик пространства вокруг мотора(различные теплоизолирующие материалы, активные жалюзи перед радиатором) и внедрение сложной многоступенчатой поочередной системы прогрева агрегатов (Сначала ГБЦ, потом блок цилиндров или сначала мотор, а печку отапливает какое-то время электрический подогрев от аккумулятора). Но все эти меры служат лишь одной цели — сокращение потерь топлива.
Физику процессов обмануть нельзя, и несмотря на теоретические выводы о повышении КПД за счет большего перепада температур в двигателях внутреннего сгорания происходит всегда обратное.
У электромобилей зимние условия эксплуатации так же снижают КПД всей системы за счет повышенного расхода энергии.
Потери тут в основном за счет подогрева большой аккумуляторной батареи и сопутствующих устройств. А если учитывать еще определенные ограничения на рекуперацию энергии при недостаточно высокой температуре АКБ то неизбежен будет вывод об практически таком же 20 — 40 % снижении пробега по причине температурных ограничений.
Каков выход? Такой же, как у ДВС — улучшенная теплоизоляция, использование предпусковых топливных подогревателей и совершенствование процессов ступенчатого подогрева. Различия можно найти разве что в более широком использовании тепловых насосов в обогреве машины в определенных условиях.
Так по результатам испытаний ADAC тепловой насос, который часто используют для нагрева АКБ до оптимальной температуры (20-40 градусов) часто может вызывать повышенное энергопотребление, особенно заметное на меньших расстояниях. Однако во время более длинных поездок это приводит к повышению эффективности.
Однако если сравнивать с ДВС падение КПД стоит рассматривать менее неопределенным по причине отсутствия затрат на прогрев большого количества жидкости и стабильности характеристик по всей величине оборотов двигателя(который к тому же содержит значительно меньше пар трения).
И наконец паровой двигатель.
Схожим качеством с ДВС паровые моторы обладают за счет использования цикла Ренкина для работы, который практически идентичен циклу Карно.
В нем так же теоретически обосновывается повышение КПД за счет большего перепада температур, но при этом реальность совпадает с ДВС.
Расход топлива например у паровозов зимой не падает как часто ошибочно утверждают, а растет на 20 -40%. Причина этого повышенные теплопотери от самого котла и попутных линий передачи пара.
У паромобилей начала 20 века работающих по паровозной технологии наблюдались те же потери КПД.
Диаграмма устройства мотора Stanley.
Компенсация этих потерь была найдена за счет применения бросового тепла отработанного пара для подогрева воздуха и воды, примерно как это делают сейчас на современных электростанциях. Но выброс пара в атмосферу все равно происходил периодически по причине сложности соблюдения баланса производимого пара и требуемой на момент движения мощности. Лишний пар сбрасывался в атмосферу по тому же принципу как у автомобиля с ДВС срабатывает паровой клапан в системе охлаждения.
Однако низкие температуры зимой оказывали уже положительное влияние на этот процесс за счет улучшенного охлаждения конденсатора(радиатора) этих потерь было меньше.
Поэтому если в наше время повысить эффективность паровых моторов за счет таких же мер как у автомобилей с ДВС и электромотором, то можно впервые рассчитывать на эффект повышения КПД!
Ведь в отличие от конкурентов у парового мотора система охлаждения отвечает не за компенсацию потерь, а за рост КПД.
3. При низком атмосферном давлении
У ДВС в настоящем времени существует серьезные ограничения стабильности характеристик в зависимости атмосферного давления в районе использования мотора. В теории с каждым километром над уровнем моря двигатель теряет около 10 процентов мощности.
Мощность двигателя при подъеме машин на каждые 1000 м вплоть до высоты 3000 м снижается на 11-13 % из-за ухудшения наполнения цилиндров воздухом и переобогащения рабочей смеси, а расход топлива увеличивается на 10-12 % летом и на 20 % зимой.
Причем это далеко не равнозначная величина для всех ДВС. У дизельных моторов нехватка мощности дает еще больше рисков проблем работы мотора из-за нехватки нужного давления воздуха для воспламенения от сжатия.
А особенно критичным может быть «закипание» мотора на больших высотах(4000 — 5000 м), когда сниженное атмосферное давление может создать условия парообразования в тормозной системе и жидкости системы охлаждения. Причем датчик температуры может показывать нормальную температуру жидкостей, но высвобождение паров будет все равно происходить по причине сниженного сопротивления давления воздуха на жидкость.
Эти условия эксплуатации отличаются наибольшим снижением КПД ДВС и лишь применение нагнетателей воздуха и частично гибридных приводов способно удержать расход топлива в приемлемых рамках сейчас.
Электропривод у электромобилей испытывает похожие проблемы, но в значительно меньшем масштабе. Только значительно более низкие температуры высокогорных районов вносят свой вклад в снижение КПД электромобиля фактически ограничивая возможность использования рекуперации, и иногда переводя машину в «зимний режим» подогрева батареи. Процент падения КПД тут незначителен, и просто приведен как факт.
Паромобили… отличаются полностью обратной реакцией на сниженное атмосферное давление. Так как смещение границы начала парообразования наоборот повышает КПД парового привода расход топлива падает. Нехватка воздуха так же создает условия для худшей теплопередачи тепла наружу.
Паровозы имеющие как мы знаем низший КПД в теории в таких условиях становятся экономически выгодным транспортом который используют до сих пор в Латинской Америке и Швейцарии(после небольшой модернизации механической части и перехода на сжигание жидких нефтепродуктов). Им до сих пор нет равных по весу, экономичности и надежности в горных условиях эксплуатации.
Но что наиболее интересно — самолеты с паровым мотором начиная с высоты 2000 метров становятся так же конкурентноспособны с ДВС по КПД! Таким был единственный паровой биплан 30-х годов Travel Air 2000 созданный при помощи специалистов из Doble Steam Motors братьями Беслерами. Паролёт был оснащён двухцилиндровым V-образным паровым двигателем мощностью 150 л. с.
Бак емкостью около десяти галлонов (около 40 литров) позволял Airspeed 2000 пролететь 600 км.(Паровая машина имела вес 80 кг, но бак для воды с топкой весил 220 кг.)
Что по сути означало расход топлива около 15 литров на 100 км, как и у легкового паромобиля Doble 20-х годов. Возможно если не считать компоновки мотора все остальное так же было практически идентично.
При высотах более 2000 метров КПД продолжал расти, а расход снижался.
Может возникнуть закономерный вопрос, а причем тут автомобили с паровым приводом? А дело в том что высоты выше 2000 метров это стандарт для некоторых столиц. Так Мехико (Мексика) это 2240 м, Сана (Йемен) – 2250 м (Город с населением около 2 млн человек – один из старейших городов в мире), Тхимпху(Бутан) — 2400 м, Богота (колумбия) — 2625 м, Аддис-Абеба (Эфиопия) – 2355 м, Сукре (Боливия) — 2810 м. Многочисленные города и поселки стран с горными хребтами могут быть и выше этой отметки(у королевства Бутан более 50% территории выше 3000 м), а значит теоретически паровой автомобиль в этих регионах сможет показывать не меньший рост КПД чем у паровоза и самолета «на пару».